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地震电磁学研究

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物探 地震资料解释 地震处理 反演
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地震电磁学研究摘要:地震电磁学是基于在对地震过程中电磁现象的变化机理研究上形成的一门学科。通过对地震孕育过程和地震过程中电磁的不同变化来分析地壳运动规律,总结相关经验和信息,来为预测地震进行指导。本文从电磁学的物理机制入手,在分析地震电磁学作用原理的基础上,提出了几种利用电磁进行地震预测的手段,希望对今后地震预测部门的技术改进有所裨益。关键词:电磁学 地震 原理 机制 研究近五十年来,在人口稠密和工业集中的地区发生了几次较为严重的地震, 给国家和人民的生命财产安全带来了极大的损失。不论是在美国阿拉斯加地震,日本新泻地震,还是我国极为严重的唐山大地震中,都有大量的伤亡与损失。尤其是在 2008 年我国汶川地震,更是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最广的一次地震,造成严重的伤亡和破坏。由于地震发生的频繁与所带来后果的严重性,对于地震的研究以及应对方针的探讨就越来越被重视。电磁学自问世两个世纪以来,为人类生存的不断发展带来巨大的效益。如今,电磁学研究也在地震的孕育前期以及发生过程领域内大展身手,发挥着越来越重要的作用。研究表明,在地震的孕育过程中,电磁现象是肯定存在的,而且还有一定的异常现象。针对在地震过程中所出现的电磁现象——电磁波变化,科学家们能够根据电磁信号的传播来预测地震的相关情况。 一、地震前兆电磁研究探讨上个世纪 60 年代以来,美国地质调查局在美国西部地震活动最为强烈的地区——圣安德列斯断层控制地区不舍了观测网,包括磁系统。用以感测地壳内部发出的电磁波,根据所测得的电磁波强度的变化,预测该地区的地壳运动变化,预测地震。由于日本处于地震多发地带,因此,其对地震的观测与研究一直都处于领先水平。日本开展了多个试验场的研究工作,利用电磁学研究地震现象。我国近些年来的发展也相当快速。有学者曾指出,预测地震,先要研究地磁,而地磁的研究,是建立在对地磁的观测上的。对所观测的地磁进行科学分析,运用电磁学的相关知建立同等情况下的数学模型,就能够有效的预测地震的发生了。但是,实际情况中的地震在地壳中的孕育过程是十分复杂的,再加上人类对于该过程的了解并不熟悉,有关地震的电磁信号等的研究仍然处于初级阶段,需要我们更进一步的探讨。二、 地震电磁研究1 地壳内部构造与电磁系统结构研究探讨地壳是内部有构造带的一些不同的地质构造块体组成的, 位于地壳构造带上的闭锁区就是地震危险区。早在上个世纪八十年代,就有科学家利用卫星探的地磁信号分析全球的磁异常,其中得出的结果与在非洲地区的研究结果吻合。我国在该领域也取得了较为显著的结果。地震活动区地下的磁性结构是三维立体结构。70 年代建立于线 性代数矩阵反演技术的物性成像技术就已经研究地壳里的磁性特征,90 年代有研究出能够比较详细描述地壳下磁现象的位场成像技术。可靠性大大提高。运用这些成像技术,对地壳中的电磁波的异常情况能够方便快捷的检测出位于地壳下的电磁波的变化,并且使其成为图像,通过研究图像中的电磁波变动频率,预测地震是否会发生。而且,这种方法准确率也较高。三 、地磁脉动研究地磁脉动是指地磁场的各种短周期变化,脉动频率在 110周期是 000 秒,在磁层中处于超低频率波体。地磁脉动可分为两大类:①连续的脉动,形状为正弦型或近似正弦型,振幅较稳定,持续时间可达数小时;②不规则脉动,其振幅逐渐衰减,类似于阻尼振荡,可持续几分钟到几十分钟。地磁脉动的周期很短,只能在地壳上层产生感应电流,因此研究地磁脉动可以帮助了解地壳上层的电导率分布。高斯的“三维问题” ,研究了高斯分析由于测点离散化而形成的问题。根据电磁原理而制成的地磁模型能够很好的拟合近些年来的地磁场的观测值,模拟之后,根据所形成的磁场源能够得出地壳电磁波的具体情况,为地震的预测提供依据。观测地磁脉动的方法有①直接探测和记录地磁场强度各分量;②测量和记录地磁场的时间变化率;③测量固体地球表面层电场强度的变化三种方法。四 、地壳电磁场变化规律的研究 地磁场 80%多到 90%多来自地核的基本场, 剩余部分主要是来自外源的 (太阳活动所引起的) 变化磁场, 也有来自地壳局部的异常场。地壳活动过程中的孕震所引起的磁变化的前兆只是其中极小的部分。因此,在地壳磁场中提取出这极小的地磁变化前兆的确不是一件容易的事。长期变化是指地磁基本场随时间的缓慢变化。其主要特征之一就是非偶极子磁场的西向漂移与偶极子磁矩衰减。对于变化磁场的研究能够很好的掌握电磁变化规律外的异常,这就为地震预测提供了依据。五、 同震电场研究日本的神户地震中,观测到了同震电场的信号。之后的几年里,希腊等国家也相继观测到同震电场,这些都为开展同震电场研究提供了重要的依据。同震效应就是两种以上相同性质的波的传动频率相同,此时,他们的振幅可以相互叠加,往往增大为原振幅的几倍甚至更大。很多地震就是因为地壳板块的位移同震而引发的。电磁学模型可以对观测到的同震电场资料进行定量的分析,从而得出合理的解释。由于岩石破裂的过程中其所受应力的变化不是均匀分布的,电磁学模型能够计算出电荷的空间分布情况,并且在此基础上进行定量评估,进而得出解释。地震是一种力学现象,其孕育的过程伴随着应力的变化。因此可以知道,地震的电磁现象与力学——电磁学耦合有一定的关系。 压电效应就是一种力学——电磁学耦合效应机制,它能够解释地震的电磁现象,利用统计分析,就可以有效的评估了。六 、电磁信号传播研究电磁波在空间传播时遇到导体,会使导体产生感应电流,感应电流的频率跟激起它的电磁波的频率相同。因此利用放在电磁波传播空间中的导体,就可以接收到电磁波了,在经过一系列的解调也就可以接收到电磁信号了。当震源附近存在一个能够导电的通道时,在导电通道远离震源的一端能够检测到电磁信号。电磁信号因而有选择性和敏感性。近年来科学家们建立了一种地壳与大气层的导波模型,在此基础上又引入电导率分布模型。通过信号发生器产生电磁信号,同时接受“模型地壳”的电磁信号,因而可以直接监测地壳与大气层中的电磁信号传播情况了。七、地震电磁学研究展望在地震发生过程中的电磁现象主要包括底下的电阻率,地下电流,处于不同波段的电磁波等电磁现象。经过大量的实验研究与数据检测分析,证实了在地震孕育的过程中,电磁现象是客观存在的。包括动电效应,压磁效应等在内的主要机制越来越受到人们的关注。通过科学家的实验验证,对于地震电磁学中的一些具体问题已经取得了一定的成果,其提出的相关机制也能明确应用。但是,由于发生在实际环境中的地震孕育过程极其复杂,地球内部的结构也没有均匀性可言,所以建立的一系列模型都从主导因 素上考虑出现的问题,对于其他的因素都简化处理。因而,这些模型都不能完全展示地震震前电磁现象的具体变化以及异常情况。所以,实际观测到的资料的分析与解释是我们对于电磁学现象在地震中的研究的首要问题。结束语受科学技术发展的局限和知识能力的限制,地震电磁学的许多现象和物理特性还有待于进一步进行研究和发现。但是地震电磁学的建立无疑为人类对地质运动的观测和研究,从力学之外提供了了另一种可行的方法,这将更有利于人类解开地壳运动规律,将自然灾难的损失降到最小。参考文献:[1]j]001.[2]m]994.[3]j]004.[4]j]006.
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